通用橋式起重機模塊化設計探討

許國坤

【摘? 要】隨著經濟發展的全球化，我國的起重機械制造業面臨著巨大的挑戰。為了提高國產起重機械的技術含量，贏得國內外市場，本文以功能分析為基礎，采用模塊化設計理論的方法，對橋式起重機進行新的設計，使其能夠更快、更好地符合市場需求。本文在前人研究的基礎上提出了概念模塊及其結構解和參數解的概念。通過這些概念進一步闡述了橫系列模塊化、縱系列模塊化以及跨系列模塊化和全系列模塊化的實質。并用這些概念和方法實現了橋式起重機基型模塊的縱橫擴展，建立了全系列模塊矩陣。

【關鍵詞】通用橋式起重機;模塊化設計

一、起重機模塊化設計概述

模塊化設計是指在對一定范圍內的不同功能或相同功能、不同規格的產品進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構成不同的產品的設計方法。就起重機而言，模塊化設計就是將起重機上功能基本相同的構件、部件和零件制成有多種用途，有相同聯接要素和可互換的標準模塊，通過不同模塊的相互組合，形成不同類型和規格的起重機。對起重機進行改進，只需針對某幾個模塊。設計新型起重機，只需選用不同模塊重新進行組合。模塊化設計可使單件小批量生產的起重機轉換成具有相當批量的模塊生產，實現高效率的專業化生產，生產組織也可由產品管理變為模塊管理。模塊化制造能夠改善整機性能，降低制造成本，提高通用化程度，用較少規格的零部件組成多品種、多規格的系列產品，充分滿足用戶需求。

二、QD型通用橋式起重機的主要部件現狀分析

（以QD5～50/10t為例進行分析）

QD型通用橋式起重機是我國生產時間較長，目前在市場上需求量比較大的一種機型。QD型通用橋式起重機主要由橋架、大車運行機構、小車、電氣控制四部分組成。

1、橋架

橋架主要由主梁、端梁、走臺、梯子、欄桿、平臺、電纜滑架等組成。

（1）、主梁：采用箱型結構，其橫截面的大小、蓋板的厚度隨著噸位、跨度的變化而變化。腹板的厚度為6mm，高度則隨著噸位、跨度的增加而增高，變化范圍為：6×600mm（QD5t×10.5m）～6×1700mm（QD50t×31.5m）。上、下蓋板的厚度及寬度隨著噸位、跨度的增加而變化，變化范圍為：6×300mm（QD5t×10.5m）～24×650mm（QD50t×31.5m）。由上述參數可以看出，鋼板的規格較多。

（2）、端梁：采用箱型結構，其橫截面的大小、蓋板的厚度隨著噸位、跨度的變化而變化。腹板的厚度、高度隨著噸位、跨度的增加而變化，變化范圍為：6×588mm（QD5t×10.5m）～8×760mm（QD50t×31.5m）。上、下蓋板的厚度及寬度隨著噸位、跨度的增加而變化，變化范圍為：6×460mm（QD5t×10.5m）～20×600mm（QD50t×31.5m）。由上述參數可以看出，鋼板的規格較多。

2、大車運行機構

大車運行機構主要由車輪組、齒輪聯軸器、浮動軸、電動機、減速器、制動器組成。

（1）、車輪組：車輪組的規格隨著噸位、跨度的增加而變化，共有四種規格，分別是：∮500、∮630、∮710、∮800。

（2）、齒輪聯軸器：CL4～CL7;CLZ2～CLZ3，其間有多種規格。

3、小車

（1）、車輪組：車輪組的規格隨著噸位的增加而變化，共有四種規格，分別是：∮250（QD5t）、∮315（QD10t、QD20t）、∮400（QD32t）、∮500（QD50t）。

（2）、齒輪聯軸器：CL1～CL2;CLZ2～CLZ5，其間有多種規格。

（3）、固定滑輪組：滑輪的規格隨著噸位的增加而變化，共有五種規格，分別是：∮250（QD5t）、∮400（QD10t）、∮500（QD16t、QD20t）、∮630（QD32t）、∮710（QD50t）。

（4）、卷筒組：卷筒組共有七種規格，分別是：∮315×1000、∮315×1500、∮400×1000、∮400×1500、∮500×1500、∮630×2000、∮800×2000。

綜上所述，QD5～50/10t通用橋式起重機部件規格較多，尤以車輪組、齒輪聯軸器的規格多，分別見表一、表二。

根據上述資料可以看出，QD型通用橋式起重機的主梁、端梁在設計時未過多考慮原料鋼板的幅寬，規格較多，造成材料利用率較低。QD型通用橋式起重機部件種類多，互換性差，不能形成批量生產，制造成本高，制造周期長。特別是對于非標設計，往往要從基礎工作開始，設計周期長。

三、通用橋式起重機模塊化設計方案探討

模塊化設計的原則，以少量的模塊組成盡可能多的產品，并在滿足要求的基礎上力求產品精度高、性能穩定、結構簡單、成本低廉，模塊間的聯系盡可能簡單。同時，注重模塊的系列化，用較少的模塊規格來最大限度地組合成較多產品。對于QD型通用橋式起重機，可以從以下幾方面進行模塊化設計：

1、橋架

主梁采用全偏軌或半偏軌結構，端梁優先采用方管制作，當沒有合適的方管時再采用鋼板焊接。

主梁、端梁橫截面參數的設計結合鋼板幅寬（市場上1500mm幅寬的鋼板較多，采購容易）來進行，腹板的高度，上、下蓋板的寬度采用能夠提高材料利用率的尺寸，盡量減少規格品種。

端梁采用整體端梁或者組合式端梁結構，即噸位、跨度較小時，用整體端梁（單件模塊端梁）。當噸位、跨度較大時，用組合式端梁，即由兩件模塊端梁組成，兩件模塊端梁間用平衡梁連接。采用模塊化設計后，當噸位、跨度較大時，大車輪總數由原來的4件增加至8件，輪壓大幅減小，這有利于減少廠房的投資。

2、大車運行機構

大車運行機構采用“三合一”驅動裝置，省去制動器、聯軸器、浮動軸等部件，減少了部件種類。同時，采用變頻電動機驅動，運行平穩。當噸位、跨度較小時采用二驅動;當噸位、跨度較大時，采用四驅動，這樣就能夠減少驅動裝置的種類。

3、小車運行機構

小車運行機構采用“三合一”驅動裝置，并與大車運行機構 “三合一”驅動裝置互換（共用）。

4、車輪組

車輪組可以設計為∮160、∮250、∮315、∮400、∮500共五種規格，并且大車車輪組與小車車輪組互換（共用）。

5、起升機構

根據使用工況，起升機構分單制動及雙制動兩種結構，單制動形式采用“三合一”驅動裝置驅動，雙制動形式除采用“三合一”驅動裝置驅動外，在減速器的高速軸上再增加一套獨立的制動器。采用“三合一”驅動裝置，省去制動器、聯軸器、浮動軸等部件，減少了部件種類。

四、結語

模塊化設計是比較先進的設計理念。通用橋式起重機部件種類多，互換性差，不能夠形成批量生產，制造成本高，制造周期長。采用模塊化設計后，能夠有效減少部件種類，同時增加部件互換性，實現部件的批量生產，有效縮短制造周期，降低制造成本，提高產品的市場競爭能力。

參考文獻：

[1]GB/T3811-2008 《起重機設計規范》

[2]《起重機設計手冊》 中國鐵道出版社 張質文 虞和謙 王金諾 包起帆 主編

（作者單位：云南煤業能源股份有限公司? 技術中心）